ट्रान्झिस्टरचा इतिहास, भाग 2: युद्धाच्या क्रूसिबलमधून

मालिकेतील इतर लेख:

• रिलेचा इतिहास
  • "माहितीचे द्रुत हस्तांतरण" किंवा रिलेची उत्पत्तीची पद्धत
  • फार्साइबर
  • गॅल्व्हनिझम
  • उद्योजक
  • आणि शेवटी, रिले
  • टेलीग्राफ बोलत आहे
  • फक्त कनेक्ट करा
  • रिले संगणकाची विसरलेली पिढी
  • इलेक्ट्रॉनिक युग
• इलेक्ट्रॉनिक संगणकाचा इतिहास
  • प्रस्तावना
  • कोलोसस
  • ENIAC
  • इलेक्ट्रॉनिक क्रांती
• ट्रान्झिस्टरचा इतिहास
  • अंधारात स्पर्श करण्यासाठी माझा मार्ग बनवत आहे
  • युद्धाच्या क्रूसिबल पासून
  • एकाधिक पुनर्शोध
• इंटरनेट इतिहास
  • संदर्भ नेटवर्क
  • क्षय, भाग १
  • क्षय, भाग १
  • संवादात्मकता शोधत आहे
  • परस्परसंवादाचा विस्तार करणे
  • अर्पानेट - जन्म
  • ARPANET - पॅकेज
  • अर्पानेट - सबनेट
  • संप्रेषण साधन म्हणून संगणक
  • इंटरनेटचा इतिहास: इंटरवर्किंग

युद्धाच्या क्रूसिबलने ट्रान्झिस्टरच्या आगमनाची पायरी सेट केली. 1939 ते 1945 पर्यंत, सेमीकंडक्टर्सच्या क्षेत्रातील तांत्रिक ज्ञानाचा प्रचंड विस्तार झाला. आणि याचे एक साधे कारण होते: रडार. युद्धातील सर्वात महत्वाचे तंत्रज्ञान, ज्याची उदाहरणे समाविष्ट आहेत: हवाई हल्ले शोधणे, पाणबुड्यांचा शोध घेणे, रात्रीचे हवाई हल्ले लक्ष्यांवर निर्देशित करणे, हवाई संरक्षण यंत्रणा आणि नौदल तोफा यांना लक्ष्य करणे. अभियंत्यांनी अगदी लहान रडारला तोफखान्याच्या कवचांमध्ये कसे शूहॉर्न करावे हे शिकले आहे जेणेकरून ते लक्ष्याजवळ उडत असताना त्यांचा स्फोट होईल - रेडिओ फ्यूज. तथापि, या शक्तिशाली नवीन लष्करी तंत्रज्ञानाचा स्त्रोत अधिक शांततापूर्ण क्षेत्रात होता: वैज्ञानिक हेतूंसाठी वरच्या वातावरणाचा अभ्यास.

रडार

1901 मध्ये, मार्कोनी वायरलेस टेलिग्राफ कंपनीने कॉर्नवॉल ते न्यूफाउंडलँडपर्यंत अटलांटिक पलीकडे वायरलेस संदेश यशस्वीपणे प्रसारित केला. या वस्तुस्थितीने आधुनिक विज्ञान गोंधळात टाकले आहे. जर रेडिओ प्रक्षेपण सरळ रेषेत (जसे पाहिजे तसे) प्रवास करत असल्यास, असे प्रसारण अशक्य असावे. इंग्लंड आणि कॅनडा यांच्यामध्ये थेट दृष्टीची रेषा नाही जी पृथ्वी ओलांडत नाही, म्हणून मार्कोनीच्या संदेशासाठी अंतराळात जावे लागले. अमेरिकन अभियंता आर्थर केनेली आणि ब्रिटीश भौतिकशास्त्रज्ञ ऑलिव्हर हेविसाइड यांनी एकाच वेळी आणि स्वतंत्रपणे प्रस्तावित केले की या घटनेचे स्पष्टीकरण वरच्या वातावरणात स्थित आयनीकृत वायूच्या थराशी संबंधित असले पाहिजे, जे रेडिओ लहरी पृथ्वीवर परत परावर्तित करण्यास सक्षम आहे (मार्कोनीचा स्वतःचा विश्वास होता की रेडिओ लहरी पृथ्वीच्या पृष्ठभागाच्या वक्रतेचे अनुसरण करा, तथापि, भौतिकशास्त्रज्ञांनी त्याचे समर्थन केले नाही).

1920 च्या दशकापर्यंत, शास्त्रज्ञांनी नवीन उपकरणे विकसित केली ज्यामुळे प्रथम आयनोस्फियरचे अस्तित्व सिद्ध करणे आणि नंतर त्याच्या संरचनेचा अभ्यास करणे शक्य झाले. त्यांनी शॉर्ट-वेव्ह रेडिओ पल्स तयार करण्यासाठी व्हॅक्यूम ट्यूबचा वापर केला, दिशात्मक अँटेना त्यांना वातावरणात पाठवण्यासाठी आणि प्रतिध्वनी रेकॉर्ड करण्यासाठी आणि इलेक्ट्रॉन बीम उपकरणे परिणाम प्रदर्शित करण्यासाठी. इको रिटर्नचा विलंब जितका जास्त असेल तितकाच आयनोस्फियर दूर असावा. या तंत्रज्ञानाला वायुमंडलीय ध्वनी असे म्हणतात, आणि ते रडारच्या विकासासाठी मूलभूत तांत्रिक पायाभूत सुविधा प्रदान करते (रेडिओ डिटेक्शन अँड रेंजिंग मधील "रडार हा शब्द, यूएस नेव्हीमध्ये 1940 पर्यंत दिसून आला नाही).

योग्य ज्ञान, संसाधने आणि प्रेरणा असलेल्या लोकांना अशा उपकरणांच्या पार्थिव अनुप्रयोगाची क्षमता लक्षात येण्याआधी ही फक्त काही काळाची बाब होती (अशा प्रकारे रडारचा इतिहास दुर्बिणीच्या इतिहासाच्या उलट आहे, जो पहिल्यांदा स्थलीय वापरासाठी होता) . आणि अशा अंतर्दृष्टीची शक्यता वाढली कारण रेडिओ संपूर्ण ग्रहावर अधिकाधिक पसरला आणि जवळपासची जहाजे, विमाने आणि इतर मोठ्या वस्तूंमधून येणारा हस्तक्षेप अधिक लोकांना दिसला. वरच्या वातावरणातील ध्वनी तंत्रज्ञानाचे ज्ञान दुसऱ्या काळात पसरले आंतरराष्ट्रीय ध्रुवीय वर्ष (1932-1933), जेव्हा शास्त्रज्ञांनी वेगवेगळ्या आर्क्टिक स्थानकांवरून आयनोस्फियरचा नकाशा संकलित केला. लवकरच, ब्रिटन, यूएसए, जर्मनी, इटली, यूएसएसआर आणि इतर देशांमधील संघांनी त्यांची सर्वात सोपी रडार प्रणाली विकसित केली.

रॉबर्ट वॉटसन-वॅट त्याच्या 1935 रडारसह

मग युद्ध झाले, आणि देशांसाठी रडारचे महत्त्व आणि ते विकसित करण्यासाठी संसाधने - नाटकीयरित्या वाढली. युनायटेड स्टेट्समध्ये, ही संसाधने 1940 मध्ये एमआयटीमध्ये स्थापन झालेल्या एका नवीन संस्थेभोवती जमा झाली, ज्याला रॅड लॅब (परदेशी हेरांची दिशाभूल करण्यासाठी आणि प्रयोगशाळेत किरणोत्सर्गीतेचा अभ्यास केला जात असल्याचा आभास निर्माण करण्यासाठी हे नाव देण्यात आले होते - त्यावेळी अणुबॉम्बवर फार कमी लोकांचा विश्वास होता). रॅड लॅब प्रकल्प, जो मॅनहॅटन प्रकल्पाइतका प्रसिद्ध झाला नाही, तरीही संपूर्ण युनायटेड स्टेट्समधील तितकेच उत्कृष्ट आणि प्रतिभावान भौतिकशास्त्रज्ञांना त्याच्या पदांमध्ये सामील करून घेतले. प्रयोगशाळेच्या पहिल्या कर्मचाऱ्यांपैकी पाच (यासह लुईस अल्वारेझ и इसिडोर आयझॅक रबी) नंतर नोबेल पारितोषिक मिळाले. युद्धाच्या शेवटी, सुमारे 500 विज्ञान डॉक्टर, शास्त्रज्ञ आणि अभियंते यांनी प्रयोगशाळेत काम केले आणि एकूण 4000 लोकांनी काम केले. अर्धा दशलक्ष डॉलर्स—संपूर्ण ENIAC बजेटशी तुलना करता—एकट्या रेडिएशन प्रयोगशाळेच्या मालिकेवर खर्च केले गेले, युद्धादरम्यान प्रयोगशाळेतून मिळवलेल्या सर्व ज्ञानाची सत्तावीस खंडांची नोंद (जरी रडार तंत्रज्ञानावर यूएस सरकारचा खर्च मर्यादित नव्हता. रॅड लॅब बजेटमध्ये; युद्धादरम्यान सरकारने तीन अब्ज डॉलर्स किमतीचे रडार खरेदी केले).

एमआयटी बिल्डिंग 20, जिथे रॅड लॅब होती

रॅड लॅबच्या संशोधनाच्या मुख्य क्षेत्रांपैकी एक म्हणजे उच्च-फ्रिक्वेंसी रडार. सुरुवातीच्या रडारने मीटरमध्ये मोजली जाणारी तरंगलांबी वापरली. परंतु सेंटीमीटरमध्ये मापन केलेल्या तरंगलांबीसह उच्च-फ्रिक्वेंसी बीम-मायक्रोवेव्ह-अधिक कॉम्पॅक्ट अँटेनासाठी परवानगी आहे आणि ते लांब अंतरावर कमी विखुरलेले होते, ज्यामुळे श्रेणी आणि अचूकतेमध्ये अधिक फायदे होतील. मायक्रोवेव्ह रडार विमानाच्या नाकात बसू शकतात आणि पाणबुडीच्या पेरिस्कोपच्या आकाराच्या वस्तू शोधू शकतात.

बर्मिंगहॅम विद्यापीठातील ब्रिटीश भौतिकशास्त्रज्ञांची एक टीम ही समस्या सोडवणारा पहिला होता. 1940 मध्ये त्यांनी विकसित केले "रेझोनंट मॅग्नेट्रॉन", जे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक "शिट्टी" सारखे कार्य करते, विजेच्या यादृच्छिक नाडीला मायक्रोवेव्हच्या शक्तिशाली आणि अचूकपणे ट्यून केलेल्या बीममध्ये बदलते. हा मायक्रोवेव्ह ट्रान्समीटर त्याच्या जवळच्या प्रतिस्पर्ध्यापेक्षा हजारपट अधिक शक्तिशाली होता; यामुळे व्यावहारिक उच्च-फ्रिक्वेंसी रडार ट्रान्समीटरसाठी मार्ग मोकळा झाला. तथापि, त्याला एका साथीदाराची गरज होती, उच्च फ्रिक्वेन्सी शोधण्यास सक्षम रिसीव्हर. आणि या टप्प्यावर आपण अर्धसंवाहकांच्या इतिहासाकडे परत जाऊ.

मॅग्नेट्रॉन क्रॉस-सेक्शन

मांजराच्या मुसक्याचे दुसरे येणे

असे दिसून आले की व्हॅक्यूम ट्यूब मायक्रोवेव्ह रडार सिग्नल प्राप्त करण्यासाठी अजिबात योग्य नाहीत. गरम कॅथोड आणि कोल्ड एनोडमधील अंतर एक कॅपॅसिटन्स तयार करते, ज्यामुळे सर्किट उच्च फ्रिक्वेन्सीवर ऑपरेट करण्यास नकार देते. उच्च-फ्रिक्वेंसी रडारसाठी उपलब्ध सर्वोत्तम तंत्रज्ञान जुन्या पद्धतीचे होते "मांजरीची मूंछ"- अर्धसंवाहक क्रिस्टलवर दाबलेला वायरचा एक छोटा तुकडा. बर्‍याच लोकांनी हे स्वतंत्रपणे शोधले आहे, परंतु आमच्या कथेची सर्वात जवळची गोष्ट म्हणजे न्यू जर्सीमध्ये काय घडले.

1938 मध्ये, बेल लॅब्सने 40 सेमी रेंजमध्ये अग्नि-नियंत्रण रडार विकसित करण्यासाठी नौदलाशी करार केला - प्री-रेझोनंट मॅग्नेट्रॉन युगातील विद्यमान रडारपेक्षा खूपच लहान, आणि त्यामुळे वारंवारता जास्त. मुख्य संशोधन कार्य स्टेटन बेटाच्या दक्षिणेकडील होमडेल येथील प्रयोगशाळांच्या विभागात गेले. संशोधकांना उच्च-फ्रिक्वेंसी रिसीव्हरसाठी काय आवश्यक आहे हे समजण्यास वेळ लागला नाही आणि लवकरच अभियंता जॉर्ज साउथवर्थ मॅनहॅटनमधील जुन्या मांजरी-व्हिस्कर डिटेक्टरसाठी रेडिओ स्टोअर्स शोधत आहेत. अपेक्षेप्रमाणे, ते दिवा डिटेक्टरपेक्षा बरेच चांगले कार्य करते, परंतु ते अस्थिर होते. त्यामुळे साउथवर्थने रसेल ओहल नावाच्या इलेक्ट्रोकेमिस्टचा शोध घेतला आणि त्याला सिंगल-पॉइंट क्रिस्टल डिटेक्टरच्या प्रतिसादाची एकसमानता सुधारण्याचा प्रयत्न करण्यास सांगितले.

ओल ही एक विलक्षण व्यक्ती होती, ज्याने तंत्रज्ञानाच्या विकासाला आपले नशीब मानले आणि भविष्यातील दृश्यांसह नियतकालिक अंतर्दृष्टीबद्दल बोलले. उदाहरणार्थ, त्याने सांगितले की 1939 मध्ये त्याला सिलिकॉन अॅम्प्लिफायरच्या भविष्यातील आविष्काराबद्दल माहिती होती, परंतु तो शोध लावणे हे नशिबात दुसऱ्या व्यक्तीने ठरवले होते. डझनभर पर्यायांचा अभ्यास केल्यानंतर, तो साउथवर्थ रिसीव्हर्ससाठी सर्वोत्तम पदार्थ म्हणून सिलिकॉनवर स्थिर झाला. समस्या त्याच्या विद्युत गुणधर्मांवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी सामग्रीची सामग्री नियंत्रित करण्याची क्षमता होती. त्या वेळी, औद्योगिक सिलिकॉन इंगॉट्स व्यापक होते; ते स्टील मिल्समध्ये वापरले जात होते, परंतु अशा उत्पादनात सिलिकॉनमधील 1% फॉस्फरसच्या सामग्रीमुळे कोणालाही त्रास झाला नाही. काही धातूशास्त्रज्ञांची मदत घेऊन, ओलने पूर्वीच्या शक्यतेपेक्षा जास्त क्लीनर रिकाम्या जागा मिळवण्याचा प्रयत्न केला.

ते काम करत असताना, त्यांना आढळले की त्यांच्या काही क्रिस्टल्सने एका दिशेने विद्युत प्रवाह दुरुस्त केला, तर काहींनी दुसऱ्या दिशेने विद्युत प्रवाह दुरुस्त केला. त्यांना "n-type" आणि "p-type" म्हणत. पुढील विश्लेषणात असे दिसून आले की या प्रकारांसाठी वेगवेगळ्या प्रकारच्या अशुद्धता जबाबदार आहेत. सिलिकॉन आवर्त सारणीच्या चौथ्या स्तंभात आहे, म्हणजे त्याच्या बाह्य शेलमध्ये चार इलेक्ट्रॉन आहेत. शुद्ध सिलिकॉनच्या रिकाम्या जागेत, यापैकी प्रत्येक इलेक्ट्रॉन शेजारी सह एकत्रित होईल. तिसर्‍या स्तंभातील अशुद्धी, बोरॉन म्हणा, ज्यामध्ये एक कमी इलेक्ट्रॉन आहे, क्रिस्टलमध्ये वर्तमान हालचालीसाठी "छिद्र" तयार केले. परिणाम पी-टाइप सेमीकंडक्टर होता (जास्त प्रमाणात सकारात्मक शुल्कासह). पाचव्या स्तंभातील घटक, जसे की फॉस्फरस, विद्युत प्रवाह वाहून नेण्यासाठी अतिरिक्त मुक्त इलेक्ट्रॉन प्रदान करतात आणि एक n-प्रकार अर्धसंवाहक प्राप्त झाला.

सिलिकॉनची क्रिस्टल रचना

हे सर्व संशोधन अतिशय मनोरंजक होते, परंतु 1940 पर्यंत साउथवर्थ आणि ओहल उच्च-फ्रिक्वेंसी रडारचे कार्यरत प्रोटोटाइप तयार करण्याच्या जवळ नव्हते. त्याच वेळी, ब्रिटीश सरकारने Luftwaffe कडून येणार्‍या धोक्यामुळे तात्काळ व्यावहारिक परिणामांची मागणी केली, ज्याने आधीच मॅग्नेट्रॉन ट्रान्समीटरसह काम करणारे मायक्रोवेव्ह डिटेक्टर तयार केले होते.

तथापि, तांत्रिक प्रगतीचा समतोल लवकरच अटलांटिकच्या पश्चिमेकडे जाईल. चर्चिलने युद्धात उतरण्यापूर्वी ब्रिटनची सर्व तांत्रिक गुपिते अमेरिकन लोकांसमोर उघड करण्याचे ठरवले (कारण हे कसेही होईल असे गृहीत धरले होते). त्याचा असा विश्वास होता की माहिती गळतीचा धोका पत्करावा लागतो, तेव्हापासून युनायटेड स्टेट्सची सर्व औद्योगिक क्षमता अणु शस्त्रे आणि रडार सारख्या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी फेकली जाईल. ब्रिटिश विज्ञान आणि तंत्रज्ञान मिशन (या नावाने अधिक ओळखले जाते टिझार्डचे मिशन) सप्टेंबर 1940 मध्ये वॉशिंग्टनला आली आणि तिच्या सामानात तांत्रिक चमत्काराच्या रूपात भेटवस्तू आणली.

रेझोनंट मॅग्नेट्रॉनच्या अविश्वसनीय सामर्थ्याचा शोध आणि त्याचे सिग्नल प्राप्त करण्यात ब्रिटिश क्रिस्टल डिटेक्टरची प्रभावीता यामुळे उच्च-फ्रिक्वेंसी रडारचा आधार म्हणून सेमीकंडक्टरमध्ये अमेरिकन संशोधनाचे पुनरुज्जीवन झाले. विशेषत: पदार्थविज्ञानात खूप काम करायचे होते. मागणी पूर्ण करण्यासाठी, अर्धसंवाहक क्रिस्टल्स “लाखोमध्ये तयार करावे लागतील, जे पूर्वी शक्य होते त्यापेक्षा कितीतरी जास्त. दुरुस्ती सुधारणे, शॉक सेन्सिटिव्हिटी आणि बर्न-इन कमी करणे आणि क्रिस्टल्सच्या वेगवेगळ्या बॅचमधील फरक कमी करणे आवश्यक होते.

सिलिकॉन पॉइंट संपर्क रेक्टिफायर

रॅड लॅबने सेमीकंडक्टर क्रिस्टल्सच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करण्यासाठी आणि मौल्यवान रिसीव्हर गुणधर्म वाढवण्यासाठी ते कसे सुधारले जाऊ शकतात याचा अभ्यास करण्यासाठी नवीन संशोधन विभाग उघडले आहेत. सर्वात आशादायक साहित्य सिलिकॉन आणि जर्मेनियम होते, म्हणून रॅड लॅबने ते सुरक्षितपणे खेळण्याचा निर्णय घेतला आणि दोन्हीचा अभ्यास करण्यासाठी समांतर कार्यक्रम सुरू केले: पेनसिल्व्हेनिया विद्यापीठात सिलिकॉन आणि पर्ड्यू येथे जर्मेनियम. बेल, वेस्टिंगहाऊस, डु पॉंट आणि सिल्व्हानिया सारख्या उद्योगातील दिग्गजांनी त्यांचे स्वतःचे अर्धसंवाहक संशोधन कार्यक्रम सुरू केले आणि क्रिस्टल डिटेक्टरसाठी नवीन उत्पादन सुविधा विकसित करण्यास सुरुवात केली.

संयुक्त प्रयत्नांद्वारे, सिलिकॉन आणि जर्मेनियम क्रिस्टल्सची शुद्धता सुरवातीला 99% वरून 99,999% पर्यंत वाढवली गेली - म्हणजेच प्रति 100 अणूंवर एक अशुद्धता कण. या प्रक्रियेत, शास्त्रज्ञ आणि अभियंते यांचे कॅडर जर्मेनियम आणि सिलिकॉनच्या अमूर्त गुणधर्मांशी जवळून परिचित झाले आणि त्यांना नियंत्रित करण्यासाठी तंत्रज्ञान लागू केले: वितळणे, क्रिस्टल्स वाढवणे, आवश्यक अशुद्धता जोडणे (जसे की बोरॉन, ज्यामुळे चालकता वाढली).

आणि मग युद्ध संपले. रडारची मागणी नाहीशी झाली, परंतु युद्धादरम्यान मिळालेले ज्ञान आणि कौशल्ये कायम राहिली आणि सॉलिड-स्टेट अॅम्प्लीफायरचे स्वप्न विसरले नाही. आता शर्यत होती ती अशी अॅम्प्लीफायर तयार करण्याची. आणि हे बक्षीस जिंकण्यासाठी किमान तीन संघ चांगल्या स्थितीत होते.

पश्चिम Lafayette

कार्ल लार्क-होरोविट्झ नावाच्या ऑस्ट्रियन वंशाच्या भौतिकशास्त्रज्ञाच्या नेतृत्वाखाली पर्ड्यू विद्यापीठातील पहिला गट होता. त्याने एकट्याने आपल्या प्रतिभा आणि प्रभावाने विद्यापीठाच्या भौतिकशास्त्र विभागाला अस्पष्टतेतून बाहेर काढले आणि जर्मेनियम संशोधनासाठी त्याची प्रयोगशाळा सोपवण्याच्या रॅड लॅबच्या निर्णयावर प्रभाव पाडला.

कार्ल लार्क-होरोविट्झ 1947 मध्ये, मध्यभागी, पाईप धरून

1940 च्या दशकाच्या सुरुवातीस, रडार रेक्टिफायर्ससाठी सिलिकॉन ही सर्वोत्तम सामग्री मानली जात होती, परंतु नियतकालिक सारणीवर त्याच्या खाली असलेली सामग्री देखील पुढील अभ्यासासाठी योग्य वाटली. जर्मेनियमला ​​त्याच्या कमी वितळण्याच्या बिंदूमुळे एक व्यावहारिक फायदा होता, ज्यामुळे काम करणे सोपे होते: सिलिकॉनसाठी 940 अंशांच्या तुलनेत (जवळजवळ स्टील सारखेच) सुमारे 1400 अंश. उच्च वितळण्याच्या बिंदूमुळे, वितळलेल्या सिलिकॉनमध्ये गळती होणार नाही, दूषित होणार नाही असे रिक्त बनवणे अत्यंत कठीण होते.

म्हणून, लार्क-होरोविट्झ आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी संपूर्ण युद्ध जर्मेनियमच्या रासायनिक, विद्युत आणि भौतिक गुणधर्मांचा अभ्यास करण्यात घालवला. सर्वात महत्वाचा अडथळा "रिव्हर्स व्होल्टेज" होता: जर्मेनियम रेक्टिफायर्सने, अगदी कमी व्होल्टेजवर, विद्युत प्रवाह दुरुस्त करणे थांबवले आणि त्याला उलट दिशेने वाहू दिले. रिव्हर्स करंट पल्सने रडारचे उर्वरित घटक बर्न केले. लार्क-होरोविट्झच्या पदवीधर विद्यार्थ्यांपैकी एक, सेमोर बेन्झर यांनी या समस्येचा एक वर्षापेक्षा जास्त काळ अभ्यास केला आणि शेवटी एक टिन-आधारित ऍडिटीव्ह विकसित केला ज्याने शेकडो व्होल्ट्सपर्यंतच्या व्होल्टेजवर रिव्हर्स डाळी थांबवल्या. त्यानंतर लवकरच, वेस्टर्न इलेक्ट्रिक, बेल लॅब्सच्या उत्पादन विभागाने, लष्करी वापरासाठी बेंझर रेक्टिफायर जारी करण्यास सुरुवात केली.

पर्ड्यू येथे जर्मेनियमचा अभ्यास युद्धानंतरही चालू राहिला. जून 1947 मध्ये, आधीच प्राध्यापक असलेल्या बेन्झरने एक असामान्य विसंगती नोंदवली: काही प्रयोगांमध्ये, जर्मेनियम क्रिस्टल्समध्ये उच्च-वारंवारता दोलन दिसून आले. आणि त्याचा सहकारी राल्फ ब्रेने युद्धादरम्यान सुरू झालेल्या प्रकल्पावर “व्हॉल्यूमेट्रिक रेझिस्टन्स” चा अभ्यास सुरू ठेवला. व्हॉल्यूम रेझिस्टन्सने रेक्टिफायरच्या संपर्क बिंदूवर जर्मेनियम क्रिस्टलमध्ये वीज कशी वाहते याचे वर्णन केले आहे. ब्रे यांना आढळले की उच्च व्होल्टेज डाळींनी या प्रवाहांना एन-टाइप जर्मेनियमचा प्रतिकार लक्षणीयरीत्या कमी केला. नकळत तो तथाकथित साक्षीदार झाला. "अल्पसंख्याक" शुल्क वाहक. एन-टाइप सेमीकंडक्टरमध्ये, जास्तीचे ऋण चार्ज बहुसंख्य चार्ज वाहक म्हणून काम करतात, परंतु सकारात्मक "छिद्र" देखील विद्युत प्रवाह वाहून नेऊ शकतात आणि या प्रकरणात, उच्च-व्होल्टेज डाळींनी जर्मेनियम रचनेमध्ये छिद्र निर्माण केले, ज्यामुळे अल्पसंख्याक चार्ज वाहक दिसू लागले. .

ब्रे आणि बेन्झर हे लक्षात न घेता जर्मेनियम अॅम्प्लिफायरच्या अगदी जवळ आले. बेंझरने बेल लॅबचे शास्त्रज्ञ वॉल्टर ब्रॅटन यांना जानेवारी 1948 मध्ये एका परिषदेत त्याच्याशी व्हॉल्यूमेट्रिक ड्रॅगवर चर्चा करण्यासाठी पकडले. त्याने सुचवले की ब्रॅटनने पहिल्या बिंदूच्या शेजारी आणखी एक बिंदू संपर्क ठेवा जो विद्युत प्रवाह चालवू शकेल आणि नंतर ते पृष्ठभागाच्या खाली काय घडत आहे हे समजण्यास सक्षम असतील. ब्रॅटनने शांतपणे हा प्रस्ताव मान्य केला आणि निघून गेला. जसे आपण पाहणार आहोत, अशा प्रयोगातून काय प्रकट होऊ शकते हे त्याला चांगलेच माहीत होते.

Oney-sous-Bois

पर्ड्यू गटाकडे ट्रान्झिस्टरच्या दिशेने झेप घेण्यासाठी तंत्रज्ञान आणि सैद्धांतिक आधार दोन्ही होते. पण ते अपघातानेच अडखळू शकले असते. त्यांना सामग्रीच्या भौतिक गुणधर्मांमध्ये रस होता, नवीन प्रकारच्या उपकरणाच्या शोधात नाही. Aunes-sous-Bois (फ्रान्स) मध्ये खूप वेगळी परिस्थिती होती, जिथे जर्मनीतील दोन माजी रडार संशोधक, हेनरिक वेलकर आणि हर्बर्ट माथारे यांनी एका संघाचे नेतृत्व केले ज्यांचे उद्दिष्ट औद्योगिक सेमीकंडक्टर उपकरणे तयार करणे होते.

वेलकर यांनी प्रथम अभ्यास केला आणि नंतर प्रसिद्ध सिद्धांतकार अरनॉल्ड सॉमरफेल्ड यांनी चालविलेल्या म्युनिक विद्यापीठात भौतिकशास्त्र शिकवले. 1940 पासून, त्याने पूर्णपणे सैद्धांतिक मार्ग सोडला आणि लुफ्टवाफेसाठी रडारवर काम करण्यास सुरुवात केली. मथारे (मूळचे बेल्जियन) हे आचेन येथे मोठे झाले, जिथे त्यांनी भौतिकशास्त्राचा अभ्यास केला. 1939 मध्ये ते जर्मन रेडिओ कंपनी टेलिफुंकेनच्या संशोधन विभागात रुजू झाले. युद्धादरम्यान, मित्र राष्ट्रांचे हवाई हल्ले टाळण्यासाठी त्याने आपले काम बर्लिनपासून पूर्वेकडे सिलेसियामधील मठात हलवले आणि नंतर पुढे जाणाऱ्या रेड आर्मीला टाळण्यासाठी पश्चिमेकडे परत गेले आणि शेवटी अमेरिकन सैन्याच्या हाती लागले.

हिटलर विरोधी युतीमधील त्यांच्या प्रतिस्पर्ध्यांप्रमाणे, जर्मन लोकांना 1940 च्या दशकाच्या सुरुवातीस माहित होते की क्रिस्टल डिटेक्टर हे रडारसाठी आदर्श रिसीव्हर्स आहेत आणि सिलिकॉन आणि जर्मेनियम त्यांच्या निर्मितीसाठी सर्वात आशादायक सामग्री आहेत. माथारे आणि वेलकर यांनी युद्धादरम्यान रेक्टिफायर्समध्ये या सामग्रीचा कार्यक्षम वापर सुधारण्याचा प्रयत्न केला. युद्धानंतर, दोघांचीही त्यांच्या लष्करी कामाबाबत वेळोवेळी चौकशी करण्यात आली आणि अखेरीस 1946 मध्ये फ्रेंच गुप्तचर अधिकाऱ्याकडून पॅरिसला जाण्याचे आमंत्रण मिळाले.

वेस्टिंगहाऊसच्या फ्रेंच विभागातील कंपनी डेस फ्रेन्स अँड सिग्नॉक्स ("ब्रेक आणि सिग्नल्सची कंपनी") यांनी सॉलिड-स्टेट रेक्टिफायर्स तयार करण्यासाठी फ्रेंच टेलिफोन प्राधिकरणाकडून करार प्राप्त केला आणि त्यांना मदत करण्यासाठी जर्मन शास्त्रज्ञांची मागणी केली. अलीकडील शत्रूंची अशी युती विचित्र वाटू शकते, परंतु ही व्यवस्था दोन्ही बाजूंसाठी अनुकूल ठरली. 1940 मध्ये पराभूत झालेल्या फ्रेंचांना सेमीकंडक्टरच्या क्षेत्रात ज्ञान मिळवण्याची क्षमता नव्हती आणि त्यांना जर्मन लोकांच्या कौशल्याची नितांत गरज होती. जर्मन लोकांना व्यापलेल्या आणि युद्धग्रस्त देशात कोणत्याही उच्च-तंत्रज्ञान क्षेत्रात विकास करता आला नाही, म्हणून त्यांनी काम सुरू ठेवण्याच्या संधीवर उडी घेतली.

वेल्कर आणि मथारे यांनी पॅरिसच्या औनेस-सॉस-बोईस उपनगरातील एका दुमजली घरात मुख्यालय स्थापन केले आणि तंत्रज्ञांच्या टीमच्या मदतीने त्यांनी 1947 च्या अखेरीस यशस्वीपणे जर्मेनियम रेक्टिफायर्स लाँच केले. नंतर ते अधिक गंभीर झाले. बक्षिसे: वेल्करने सुपरकंडक्टर्समध्ये आणि मथारेला अॅम्प्लीफायर्समध्ये स्वारस्य परत केले.

हर्बर्ट माथारे 1950 मध्ये

युद्धादरम्यान, माथारे यांनी सर्किटचा आवाज कमी करण्याच्या प्रयत्नात दोन-पॉइंट कॉन्टॅक्ट रेक्टिफायर-“ड्युओडीओड्स”-चा प्रयोग केला. त्याने त्याचे प्रयोग पुन्हा सुरू केले आणि लवकरच शोधून काढले की दुसऱ्या मांजरीचे व्हिस्कर, पहिल्यापासून एक मीटरच्या 1/100 दशलक्षव्या अंतरावर असते, कधीकधी पहिल्या व्हिस्करमधून वाहणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाचे समायोजन करू शकते. त्याऐवजी निरुपयोगी असूनही, त्याने एक सॉलिड स्टेट अॅम्प्लिफायर तयार केले. अधिक विश्वासार्ह कामगिरी साध्य करण्यासाठी, तो वेल्करकडे वळला, ज्याने युद्धादरम्यान जर्मेनियम क्रिस्टल्ससह काम करण्याचा व्यापक अनुभव प्राप्त केला होता. वेलकरची टीम जर्मेनियम क्रिस्टल्सचे अधिक मोठे, शुद्ध नमुने वाढू लागली आणि सामग्रीची गुणवत्ता सुधारत असताना, जून 1948 पर्यंत माथारे पॉइंट कॉन्टॅक्ट अॅम्प्लीफायर विश्वसनीय बनले.

माथारे सर्किटवर आधारित "ट्रान्झिस्ट्रॉन" ची एक्स-रे प्रतिमा, ज्यामध्ये जर्मेनियमशी संपर्काचे दोन बिंदू आहेत

माथारे यांच्याकडे काय घडत आहे याचे एक सैद्धांतिक मॉडेल देखील होते: त्यांचा असा विश्वास होता की दुसर्‍या संपर्काने जर्मेनियममध्ये छिद्र पाडले, पहिल्या संपर्कातून विद्युतप्रवाहाचा वेग वाढवला आणि अल्पसंख्याक शुल्क वाहकांचा पुरवठा केला. वेलकर त्याच्याशी सहमत नव्हते, आणि जे घडत आहे ते कोणत्यातरी क्षेत्रीय परिणामावर अवलंबून आहे असा विश्वास होता. तथापि, ते उपकरण किंवा सिद्धांत तयार करण्याआधी, त्यांना कळले की अमेरिकन लोकांच्या एका गटाने तंतोतंत तीच संकल्पना विकसित केली होती - दोन बिंदू संपर्कांसह जर्मेनियम अॅम्प्लिफायर - सहा महिन्यांपूर्वी.

मरे हिल

युद्धाच्या शेवटी, मर्विन केलीने बिल शॉकले यांच्या अध्यक्षतेखालील बेल लॅबच्या सेमीकंडक्टर संशोधन गटात सुधारणा केली. प्रकल्प वाढला, अधिक निधी प्राप्त झाला आणि मॅनहॅटनमधील त्याच्या मूळ प्रयोगशाळेच्या इमारतीतून मरे हिल, न्यू जर्सी येथील विस्तारित कॅम्पसमध्ये हलविला गेला.

मरे हिल कॅम्पस, ca. 1960

प्रगत अर्धसंवाहकांशी (युद्धादरम्यानच्या ऑपरेशन्सच्या संशोधनानंतर) स्वतःची ओळख करून घेण्यासाठी शॉकले यांनी 1945 च्या वसंत ऋतूमध्ये रसेल ओहलच्या होल्मडेल प्रयोगशाळेला भेट दिली. ओहलने युद्धाची वर्षे सिलिकॉनवर काम केली आणि वेळ वाया घालवला नाही. त्याने शॉकलीला त्याच्या स्वतःच्या बांधकामाचा एक क्रूड अॅम्प्लीफायर दाखवला, ज्याला त्याने "डिस्टर" म्हटले. त्याने सिलिकॉन पॉइंट कॉन्टॅक्ट रेक्टिफायर घेतला आणि त्याद्वारे बॅटरीमधून विद्युत प्रवाह पाठवला. वरवर पाहता, बॅटरीच्या उष्णतेने संपर्क बिंदूवरील प्रतिकार कमी केला आणि रेक्टिफायरला स्पीकरला उर्जा देण्याइतपत शक्तिशाली सर्किटमध्ये येणारे रेडिओ सिग्नल प्रसारित करण्यास सक्षम अॅम्प्लिफायरमध्ये बदलले.

परिणाम क्रूड आणि अविश्वसनीय होता, व्यापारीकरणासाठी अयोग्य होता. तथापि, सेमीकंडक्टर अॅम्प्लिफायर तयार करणे शक्य आहे आणि सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्सच्या क्षेत्रातील संशोधनासाठी याला प्राधान्य दिले पाहिजे या शॉकलीच्या मताची पुष्टी करण्यासाठी ते पुरेसे होते. ओलाच्या टीमसोबतच्या या भेटीतच शॉकलीला पटवून दिले की सिलिकॉन आणि जर्मेनियमचा आधी अभ्यास केला पाहिजे. त्यांनी आकर्षक विद्युत गुणधर्मांचे प्रदर्शन केले आणि ओहलचे सहकारी मेटलर्जिस्ट जॅक स्कॅफ आणि हेन्री थेरर यांनी युद्धादरम्यान या क्रिस्टल्सची वाढ, शुद्धीकरण आणि डोपिंग करण्यात आश्चर्यकारक यश मिळवले आणि इतर सेमीकंडक्टर सामग्रीसाठी उपलब्ध असलेल्या सर्व तंत्रज्ञानाला मागे टाकले. शॉकलीचा गट युद्धपूर्व कॉपर ऑक्साईड अॅम्प्लिफायरवर आणखी वेळ वाया घालवणार नाही.

केलीच्या मदतीने, शॉकलीने एक नवीन संघ एकत्र करण्यास सुरुवात केली. प्रमुख खेळाडूंमध्ये वॉल्टर ब्रॅटन यांचा समावेश होता, ज्याने शॉकलीला सॉलिड-स्टेट अॅम्प्लिफायर (1940 मध्ये) च्या पहिल्या प्रयत्नात मदत केली आणि जॉन बारडीन, एक तरुण भौतिकशास्त्रज्ञ आणि बेल लॅब्सचा नवीन कर्मचारी. बार्डीनला संघातील कोणत्याही सदस्याचे घन स्थिती भौतिकशास्त्राचे सर्वात विस्तृत ज्ञान असावे-त्याच्या प्रबंधात सोडियम धातूच्या संरचनेत इलेक्ट्रॉनच्या ऊर्जा पातळीचे वर्णन केले आहे. तो अटानासोव्ह आणि ब्रॅटेन सारखा जॉन हॅस्ब्रुक व्हॅन व्लेकचा आणखी एक आश्रित होता.

आणि अटानासोव्ह प्रमाणेच, बार्डीन आणि शॉकले यांच्या शोधनिबंधांना अत्यंत क्लिष्ट गणनांची आवश्यकता होती. मोनरोच्या डेस्कटॉप कॅल्क्युलेटरचा वापर करून सामग्रीची ऊर्जा संरचना मोजण्यासाठी त्यांना अॅलन विल्सनने परिभाषित केलेल्या अर्धसंवाहकांच्या क्वांटम मेकॅनिकल सिद्धांताचा वापर करावा लागला. ट्रान्झिस्टर तयार करण्यात मदत करून, त्यांनी, खरं तर, भविष्यातील पदवीधर विद्यार्थ्यांना अशा कामापासून वाचवण्यास हातभार लावला.

सॉलिड-स्टेट अॅम्प्लिफायरचा शॉकलीचा पहिला दृष्टीकोन नंतर "म्हणल्या गेलेल्या" वर अवलंबून होता.फील्ड प्रभाव" त्याने एन-टाइप सेमीकंडक्टरवर मेटल प्लेट निलंबित केली (जास्त नकारात्मक शुल्कासह). प्लेटवर सकारात्मक शुल्क लागू केल्याने क्रिस्टलच्या पृष्ठभागावर जादा इलेक्ट्रॉन खेचले जातात, ज्यामुळे नकारात्मक शुल्काची नदी तयार होते ज्याद्वारे विद्युत प्रवाह सहजपणे वाहू शकतो. अशा प्रकारे प्रवर्धित सिग्नल (वेफरवरील चार्ज पातळीद्वारे दर्शविलेले) मुख्य सर्किट (सेमीकंडक्टरच्या पृष्ठभागाच्या बाजूने जाणारे) सुधारू शकते. या योजनेची कार्यक्षमता त्यांना त्यांच्या भौतिकशास्त्राच्या सैद्धांतिक ज्ञानाने सुचली. पण, अनेक प्रयोग आणि प्रयोग करूनही ही योजना कधीच चालली नाही.

मार्च 1946 पर्यंत, बार्डीनने एक सुविकसित सिद्धांत तयार केला होता ज्याने याचे कारण स्पष्ट केले: क्वांटम स्तरावरील अर्धसंवाहकाची पृष्ठभाग त्याच्या आतील भागांपेक्षा वेगळी वागते. पृष्ठभागावर काढलेले नकारात्मक शुल्क "पृष्ठभागाच्या स्थितीत" अडकतात आणि विद्युत क्षेत्राला प्लेटमध्ये प्रवेश करण्यापासून रोखतात. उर्वरित टीमला हे विश्लेषण आकर्षक वाटले आणि तीन मार्गांनी एक नवीन संशोधन कार्यक्रम सुरू केला:

1. पृष्ठभागाच्या अवस्थांचे अस्तित्व सिद्ध करा.
2. त्यांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करा.
3. त्यांना कसे पराभूत करावे आणि ते कसे कार्यान्वित करावे ते शोधा फील्ड-इफेक्ट ट्रान्झिस्टर.

दीड वर्षाच्या संशोधन आणि प्रयोगानंतर १७ नोव्हेंबर १९४७ रोजी ब्रॅटनने एक यश मिळवले. त्याने शोधून काढले की जर त्याने आयनने भरलेला द्रव, जसे की पाणी, वेफर आणि सेमीकंडक्टरमध्ये ठेवला, तर वेफरमधील विद्युत क्षेत्र आयनांना सेमीकंडक्टरकडे ढकलेल, जेथे ते पृष्ठभागाच्या अवस्थेत अडकलेल्या शुल्कांना तटस्थ करतील. आता तो वेफरवरील चार्ज बदलून सिलिकॉनच्या तुकड्याचे विद्युत वर्तन नियंत्रित करू शकतो. या यशामुळे बरडीनला अॅम्प्लीफायर तयार करण्याच्या नवीन दृष्टिकोनाची कल्पना आली: रेक्टिफायरच्या संपर्क बिंदूला इलेक्ट्रोलाइट पाण्याने वेढून घ्या आणि नंतर पृष्ठभागाची स्थिती नियंत्रित करण्यासाठी पाण्यात दुसरी वायर वापरा आणि अशा प्रकारे मुख्य वाहकतेची पातळी नियंत्रित करा. संपर्क त्यामुळे बार्डीन आणि ब्रॅटेन अंतिम रेषा गाठले.

बार्डीनच्या कल्पनेने काम केले, परंतु प्रवर्धन कमकुवत होते आणि मानवी कानात प्रवेश करण्यायोग्य नसलेल्या अत्यंत कमी फ्रिक्वेन्सीवर चालवले जाते - म्हणून ते टेलिफोन किंवा रेडिओ अॅम्प्लीफायर म्हणून निरुपयोगी होते. बर्डीनने पर्ड्यू येथे उत्पादित रिव्हर्स-व्होल्टेज-प्रतिरोधक जर्मेनियमवर स्विच करण्याचे सुचवले, विश्वास ठेवला की त्याच्या पृष्ठभागावर कमी शुल्क जमा होईल. अचानक त्यांना एक शक्तिशाली वाढ मिळाली, परंतु अपेक्षित असलेल्या उलट दिशेने. त्यांनी अल्पसंख्याक वाहक प्रभाव शोधला - अपेक्षित इलेक्ट्रॉन्सऐवजी, जर्मेनियममधून वाहणारा विद्युत् प्रवाह इलेक्ट्रोलाइटमधून येणाऱ्या छिद्रांद्वारे वाढविला गेला. इलेक्ट्रोलाइटमधील वायरवरील करंटने एन-टाइप जर्मेनियमच्या पृष्ठभागावर p-प्रकारचा थर (अतिरिक्त सकारात्मक शुल्काचा प्रदेश) तयार केला.

त्यानंतरच्या प्रयोगांवरून असे दिसून आले की कोणत्याही इलेक्ट्रोलाइटची अजिबात गरज नाही: जर्मेनियमच्या पृष्ठभागावर दोन संपर्क बिंदू जवळ ठेवून, त्यापैकी एकापासून दुसर्‍या प्रवाहात विद्युत् प्रवाह मोडणे शक्य होते. त्यांना शक्य तितक्या जवळ आणण्यासाठी, ब्रॅटनने सोन्याच्या फॉइलचा तुकडा प्लास्टिकच्या त्रिकोणी तुकड्याभोवती गुंडाळला आणि नंतर काळजीपूर्वक फॉइल कापला. मग, स्प्रिंग वापरुन, त्याने जर्मेनियमच्या विरूद्ध त्रिकोण दाबला, परिणामी कटच्या दोन कडा त्याच्या पृष्ठभागाला 0,05 मिमी अंतरावर स्पर्श करतात. यामुळे बेल लॅबच्या ट्रान्झिस्टर प्रोटोटाइपला त्याचे विशिष्ट स्वरूप प्राप्त झाले:

Brattain आणि Bardeen ट्रान्झिस्टर प्रोटोटाइप

माथारे आणि वेलकर यांच्या उपकरणाप्रमाणे, ते तत्त्वतः, एक क्लासिक "मांजरीचे व्हिस्कर" होते, ज्यामध्ये एकाऐवजी दोन संपर्क बिंदू होते. 16 डिसेंबर रोजी, याने पॉवर आणि व्होल्टेजमध्ये लक्षणीय वाढ केली आणि ऐकण्यायोग्य श्रेणीमध्ये 1000 Hz ची वारंवारता निर्माण केली. एका आठवड्यानंतर, किरकोळ सुधारणांनंतर, बार्डीन आणि ब्रॅटेन यांनी व्होल्टेज 100 पट आणि पॉवर 40 पट वाढवले ​​आणि बेलच्या संचालकांना दाखवून दिले की त्यांचे उपकरण श्रवणीय भाषण तयार करू शकते. सॉलिड-स्टेट डेव्हलपमेंट टीमचे आणखी एक सदस्य जॉन पियर्स यांनी बेलच्या कॉपर ऑक्साईड रेक्टिफायर, व्हॅरिस्टरच्या नावावरून "ट्रान्झिस्टर" हा शब्द तयार केला.

पुढील सहा महिने प्रयोगशाळेने नवीन निर्मिती गुप्त ठेवली. व्यवस्थापनाला हे सुनिश्चित करायचे होते की ट्रान्झिस्टरचे व्यापारीकरण सुरू करण्याआधी इतर कोणीही त्यावर हात ठेवला होता. वेलकर आणि माथारे यांच्या अमरत्वाच्या स्वप्नांचा चक्काचूर करण्यासाठी ३० जून १९४८ रोजी पत्रकार परिषद आयोजित करण्यात आली होती. दरम्यान, सेमीकंडक्टर संशोधन गट शांतपणे कोसळला. बार्डीन आणि ब्रॅटन यांच्या कर्तृत्वाबद्दल ऐकल्यानंतर, त्यांचे बॉस, बिल शॉकले, सर्व श्रेय स्वतःवर घेण्याचे काम करू लागले. आणि जरी त्याने केवळ एक निरीक्षणात्मक भूमिका बजावली असली तरी, शॉकलीला सार्वजनिक सादरीकरणात बरोबरी, जास्त नाही तर, प्रसिद्धी मिळाली - कृतीच्या जाडीत, प्रयोगशाळेच्या बेंचच्या अगदी शेजारी, त्याच्या या प्रसिद्ध केलेल्या फोटोमध्ये दिसल्याप्रमाणे:

1948 प्रसिद्धी फोटो - बार्डीन, शॉकले आणि ब्रॅटन

तथापि, शॉकलीसाठी समान प्रसिद्धी पुरेशी नव्हती. आणि बेल लॅबच्या बाहेरील कोणालाही ट्रान्झिस्टरबद्दल माहिती होण्याआधी, तो स्वत: साठी पुन्हा शोधण्यात व्यस्त होता. आणि अशा अनेक पुनर्शोधांपैकी हे फक्त पहिलेच होते.

अजून काय वाचायचे

• रॉबर्ट बुडेरी, द इन्व्हेन्शन दॅट चेंज्ड द वर्ल्ड (1996)
• मायकेल रिओर्डन, "हाऊ युरोपने ट्रान्झिस्टर कसे चुकवले," IEEE स्पेक्ट्रम (नोव्हेंबर 1, 2005)
• मायकेल रिओर्डन आणि लिलियन हॉडेसन, क्रिस्टल फायर (1997)
• आर्मंड व्हॅन डोरमेल, "'फ्रेंच' ट्रान्झिस्टर," www.cdvandt.org/VanDormael.pdf (1994)

स्त्रोत: www.habr.com